Das Gehirn als Vorbild – Künstliche Nervenzelle
Computer, die lernfähig sind, intelligent entscheiden, eigene Meinungen und Gefühle haben, sind der Stoff, aus dem Science-Fiction Geschichten gemacht sind. Doch auch in die reale Welt hält künstliche Intelligenz Einzug. Zwar wurden Computer der beschriebenen Art noch nicht realisiert, jedoch wird in der Wissenschaft eifrig an ihnen geforscht. In einer Gemeinschaftsarbeit hat beispielsweise ein Team aus Jülich, Aachen und Turin nun ein Schaltelement entwickelt, das Informationen ähnlich dem menschlichen Gehirn speichert und verarbeitet sowie mehrere Signale parallel empfangen kann. Die beiden JARA-FIT Wissenschaftler Prof. Rainer Waser und Prof. Rafal Dunin-Borkowski sind maßgeblich an den Untersuchungen beteiligt.
Was braucht es wohl, um eine menschliche Nervenzelle nach zu bauen? Wenn es nach den JARA-FIT Wissenschaftlern Prof. Waser und Prof. Dunin-Borkowski geht, reichen Nanodrähte aus Zinkoxid-Kristall. Zumindest die grundlegenden Funktionen menschlicher Synapsen und Neuronen können diese kleinen memristiven Zellen tatsächlich ausführen. Damit ist jedoch erst der erste Schritt auf dem Weg hin zu künstlicher Intelligenz bzw. zum Bau eines sogenannten „neuromorphen“ Rechners getan. Die Signalübertragung des Gehirns in Computerarchitekturen anzuwenden ist höchst kompliziert. Neuronale Netzwerke verarbeiten und speichern Informationen hochparallel. Herkömmliche Rechner arbeiten ihre Aufgaben jedoch nacheinander ab.
Die Wissenschaft setzt schon seit mehreren Jahren große Hoffnungen auf memristive Zellen, um diese in einem bioinspirierten Rechner einzusetzen. Hier würden sie die Funktion von Neuronen und Synapsen übernehmen. Abhängig von der Stärke und Richtung des Stroms, der sie durchfließt, ändern diese Zellen ihren elektrischen Widerstand. Der letzte Widerstandswert bleibt dabei auch ohne Strom erhalten. Wegen dieser Einstellbarkeit des Widerstandswerts sind Memristoren grundlegend lernfähig. Darüber hinaus sind Bauelemente mit Nanodrähten aus Zinkoxid-Kristall sehr klein, schalten schneller als ein Halbleiter und sind energieeffizient.
Original-Publikation:
Self-limited single nanowire systems combining all-in-one memristive and neuromorphic functionalities
Gianluca Milano, Michael Luebben, Zheng Ma, Rafal Dunin-Borkowski, Luca Boarino, Candido F. Pirri, Rainer Waser, Carlo Ricciardi, Ilia Valov
Nature Communications (published: 4 December 2018), doi: 10.1038/s41467-018-07330-7
Weitere Informationen auf der Website des Forschungszentrums Jülich